гидравлический цилиндр

Формула изобретения

1. Гидравлический цилиндр, содержащий корпус и поршень с штоком, вокруг которого установлено защитное устройство в виде сильфона с возможностью доступа воздуха из внешней среды в защищаемую полость, при этом один из концов сильфона закреплен на торцевой части крышки корпуса цилиндра, а другой его конец - на подвижной части цилиндра, отличающийся тем, что защитное устройство в виде сильфона установлено в штоковой полости корпуса, один конец сильфона закреплен на торцевой части крышки корпуса со стороны штоковой полости, а другой его конец - на кольцевой части поршня, места закрепления концов сильфона размещены в кольцевых углублениях, выполненных соответственно на торцевой части крышки корпуса со стороны штоковой полости и на кольцевой части поршня, причем ширина кольцевых углублений превышает ширину гофр сильфона, а суммарная высота кольцевых углублений не меньше высоты сильфона в сжатом состоянии, кроме того, шток установлен с образованием зазора с поверхностью подвижного контакта крышки корпуса.

2. Цилиндр по п.1, отличающийся тем, что конец сильфона, ориентированный вверх при установке цилиндра в гидравлической системе, закреплен посредством фасонного кольца из пружинной стали с образованием неподжатых участков, а противоположный конец сильфона закреплен герметично.

3. Цилиндр по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что кольцевые углубления снабжены заходными фасками.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гидроаппаратуры и может быть использовано в технологическом оборудовании, в частности, в качестве гидравлических цилиндров противоизгиба рабочих валков чистовых клетей полосных прокатных станов.

Известен гидравлический цилиндр, содержащий корпус, поршень со штоком, подвижное соединение которого с крышкой корпуса снабжено размещенным в крышке уплотнительным узлом в виде эластичной манжеты и эластичного грязесъемного кольца. См. Брон Л.С., Тартаковский Ж.К. Гидравлический привод агрегатных станков и автоматических линий. - 3-е изд., переработ. и доп. - М.: Машиностроение, 1974, с. 110-111, рис. 68.

Известный гидравлический цилиндр предназначен для условий работы, не отягощенных наличием воды, грязи, абразивных частиц. Поверхность штока и внутренняя поверхность корпуса цилиндра в таком случае не подвергаются усиленному износу под воздействием твердых частиц, попавших из внешней среды.

Использование гидравлического цилиндра такой конструкции в технологическом оборудовании прокатных станов в качестве гидравлического цилиндра противоизгиба рабочих валков чистовой клети осложняется тяжелыми условиями производства: постоянно льющейся водой для охлаждения прокатываемого листа с твердыми частицами окалины и грязи. В рабочем положении, когда шток выдвинут, вода вызывает коррозию штока, а частицы окалины действуют на шток как абразив и истирают его. Острые краешки штока при движении штока вниз интенсивно изнашивают уплотнение. В процессе работы вода с частицами окалины и грязи попадает через изношенное уплотнение в штоковую полость гидравлического цилиндра и оттуда в гидравлическую систему. В результате технические характеристики рабочей жидкости (масла) в гидравлической системе резко ухудшаются и со временем рабочая жидкость теряет свои свойства. Вместе с тем абразивные частицы, попавшие в полость гидравлического цилиндра, вызывают интенсивный износ всех поверхностей подвижного контакта, в частности поверхности полости гидравлического цилиндра, что приводит к необходимости замены корпуса (гильзы) гидравлического цилиндра, если он сменный, или всей подушки рабочего валка.

При замене валков давление жидкости подают в штоковую полость гидравлического цилиндра и шток вдвигают до упора в днище полости гидравлического цилиндра. В случае, если уплотнение изношено, происходят большие утечки масла по штоку во внешнюю среду. В результате теряется до нескольких тонн масла в сутки.

Эластичное грязесъемное кольцо в таких условиях быстро изнашивается и перестает выполнять свои функции по очистке штока от загрязнений при вдвигании его в полость гидравлического цилиндра.

Все это снижает надежность и долговечность уплотнительного узла и гидравлического цилиндра в целом.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является принятый в качестве прототипа гидравлический цилиндр, содержащий корпус и поршень со штоком, вокруг выходной части которого установлено защитное устройство в виде сильфона с возможностью доступа воздуха из внешней среды в защищаемую полость, при этом один из концов сильфона закреплен на торцевой части крышки корпуса цилиндра с внешней стороны, а другой его конец закреплен на диске, закрепленном, в свою очередь, на подвижной части цилиндра - концевом участке штока. При этом гофры сильфона выполнены из кольцевых элементов, соединенных друг с другом по внутреннему и внешнему диаметрам, сильфон снабжен узлом жесткости, выполненным в виде гибких нитей, связывающих выступы гофров между собой на заданном расстоянии, и втулок, жестко соединенных с впадинами и смонтированных на штоке. Доступ воздуха в защищаемую полость осуществляется через отверстие в диске и пазы во втулках. См. А.с. 540093 СССР, МКИ⁶ F 16 J 7/00. Защитное устройство штоков цилиндров. Заявл. 11.05.75, опубл. 25.12.75.

Известное техническое решение обеспечивает защиту поверхностей подвижного контакта гидравлического цилиндра (штока и крышки корпуса, корпуса цилиндра и поршня) от износа под воздействием загрязнений внешней среды.

Однако осевые габариты защитного устройства в сжатом состоянии складываются из осевых габаритов сложенных гофр и втулок, смонтированных на штоке, и являются остаточно большими даже при небольшом числе гофр, что приводит к увеличению осевых габаритов штока гидравлического цилиндра.

Большие осевые габариты защитного устройства и части штока, выступающей над поверхностью крышки корпуса, сужают технологические возможности гидравлического цилиндра, в частности исключают его использование в качестве гидравлического цилиндра противоизгиба рабочих валков чистовых клетей полосных прокатных станов, где существуют жесткие пространственные ограничения. В случае, если защитное устройство, установленное вокруг выходной части штока, при замене валков и снятии клетки чрезмерно выступает над поверхностью цилиндра в сжатом состоянии, оно является препятствием для осуществления перевалки рабочих валков. В результате выступающие части могут быть разрушены.

Технической задачей, решаемой изобретением, является создание гидравлического цилиндра, обеспечивающего расширение технологических возможностей путем уменьшения осевых габаритов выступающей части штока до минимума за счет размещения защитного устройства в виде сильфона в штоковой полости цилиндра.

Для решения поставленной задачи в гидравлическом цилиндре, содержащем корпус и поршень со штоком, вокруг которого установлено защитное устройство в виде сильфона с возможностью доступа воздуха из внешней среды в защищаемую полость, при этом один из концов сильфона закреплен на торцевой части крышки корпуса цилиндра, а другой его конец закреплен на подвижной части цилиндра, согласно изобретению защитное устройство в виде сильфона установлено в штоковой полости корпуса, один конец сильфона закреплен на торцевой части крышки корпуса со стороны штоковой полости, а другой его конец закреплен на кольцевой части поршня, места закрепления концов сильфона размещены в кольцевых углублениях, выполненных соответственно на торцевой части крышки корпуса со стороны штоковой полости и на кольцевой части поршня, причем ширина кольцевых углублений превышает ширину гофр сильфона, а суммарная высота кольцевых углублений не меньше высоты сильфона в сжатом состоянии, кроме того, шток установлен с образованием зазора с поверхностью подвижного контакта крышки корпуса.

В частных случаях исполнения изобретение характеризуется следующими отличительными признаками.

Согласно изобретению конец сильфона, ориентированный вверх при установке цилиндра в гидравлической системе, закреплен посредством фасонного кольца из пружинной стали с образованием неподжатых участков, а противоположный конец сильфона закреплен герметично.

Согласно изобретению кольцевые углубления снабжены заходными фасками.

Установка защитного устройства в виде сильфона в штоковой полости корпуса и закрепление одного его конца на торцевой части крышки корпуса со стороны штоковой полости, а другого на кольцевой части поршня препятствуют попаданию загрязнений из внешней среды в полость, ограниченную внутренними поверхностями корпуса цилиндра, сильфона и кольцевой части поршня, и обеспечивают защиту поверхностей подвижного контакта гидравлического цилиндра и поршня от воздействия твердых частица из внешней среды. Установка штока с образованием зазора с поверхностью подвижного контакта крышки корпуса создает условия для осуществления доступа воздуха из внешней среды в штоковую полость, откуда воздух затем попадает в защищаемую сильфоном полость, что необходимо для работоспособности устройства. Размещение мест закрепления концов защитного устройства в виде сильфона в кольцевых углублениях, выполненных соответственно на торцевой части крышки корпуса со стороны штоковой полости и на кольцевой части поршня, ширина которых превышает ширину гофр сильфона, а суммарная высота не меньше высоты сильфона в сжатом состоянии, позволяет полностью разместить сильфон в сжатом состоянии (при выдвинутом положении штока) в этих углублениях. Это дает возможность сократить до минимума осевые габариты части штока, выступающей за пределы корпуса цилиндра в крайних положениях штока, что особенно важно в гидравлических системах с жесткими пространственными ограничениями, в частности в гидравлических системах противоизгиба рабочих валков чистовых клетей полосных прокатных станов. В результате при вдвинутом положении штока исчезает препятствие в виде выступающих частей штока и защитного устройства в виде сильфона над поверхностью корпуса при осуществлении перевалки рабочих валков. Как следствие, расширяются технологические возможности гидравлического цилиндра.

Закрепление конца сильфона, ориентированного вверх при установке цилиндра в гидравлической системе, посредством фасонного кольца из пружинной стали обеспечивает поджим конца сильфона к торцевой стенке углубления участками фасонного профиля кольца и одновременно доступ воздуха в защищаемую полость через неподжатые участки, благодаря чему обеспечивается работоспособность защитного устройства. Герметичное крепление противоположного конца сильфона предотвращает попадание загрязнений в виде воды и твердых частиц окалины в защищаемую полость.

Снабжение кольцевых углублений заходными фасками обеспечивает принудительную заправку гофр сильфона в углубления при выдвижении штока и предотвращает закусывание стенок сильфона в случае его деформирования.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен предлагаемый гидравлический цилиндр в разрезе.

Гидравлический цилиндр содержит корпус 1, поршень 2 со штоком 3, на конце которого имеется опорная пята 4, штоковую полость 3 и поршневую полость 6, в которой выполнено отверстие 7 для подачи и слива масла. Вокруг штока 3 в штоковой полости 5 установлено защитное устройство в виде сильфона 8 с возможностью доступа воздуха из внешней среды в защищаемую полость 9, ограниченную внутренними поверхностями корпуса 1, поверхностями сильфона 8 и кольцевой части поршня 2. Конец 10 сильфона 8 закреплен на торцевой части крышки 11 корпуса 1 со стороны штоковой полости 5, а противоположный конец 12 сильфона 8 закреплен на кольцевой части поршня 2. Места закрепления концов 10, 12 сильфона 8 размещены в кольцевых углублениях 13, 14, выполненных соответственно на торцевой части крышки 11 корпуса 1 со стороны штоковой полости 5 и на кольцевой части поршня 2. Ширина кольцевых углублений 13, 14 превышает ширину гофр сильфона 8, а суммарная высота кольцевых углублений 13, 14 не меньше высоты сильфона 8 в сжатом состоянии. Для обеспечения доступа воздуха из внешней среды в защищаемую полость 9 шток 3 установлен с образованием зазора с поверхностью подвижного контакта крышки 11 корпуса 1, а конец 10 сильфона 8, ориентированный вверх при установке цилиндра в гидравлической системе, закреплен в преимущественном варианте исполнения посредством фасонного кольца 15 с образованием неподжатых участков. Кольцо 15 выполнено из пружинной стали и установлено в канавке 16, выполненной в углублении 13 со стороны стенки корпуса 1 из-за ограниченных радиальных габаритов с противоположной стороны. Для обеспечения доступа к месту закрепления конца 10 сильфона 8 углубление 13 со стороны установки кольца 15 имеет увеличенный зазор 17, а с противоположной стороны углубление 13 снабжено заходной фаской 18. Конец 12 сильфона 8, ориентированный вниз при установке цилиндра в гидравлической системе, закреплен герметично, например поджат прижимным кольцом 19. Для обеспечения доступа к месту закрепления конца 12 сильфона 8 углубление 14 имеет увеличенный зазор 20 со стороны места закрепления, а с противоположной стороны углубление 14 снабжено заходной фаской 21. Следует отметить, что в случае ориентирования цилиндра поршнем 2 вверх фасонное кольцо 15 фиксирует противоположный конец 12 сильфона 8, а конец 10 закрепляется герметично (на чертеже такое исполнение не показано). Поршень 2 уплотнен посредством уплотнения 22.

Гидравлический цилиндр работает следующим образом.

В рабочем состоянии давление масла поддерживается только со стороны поршневой полости 6 - масло под давлением подается через отверстие 7 в корпусе 1 гидравлического цилиндра. При этом шток 3 выдвинут, занимает какое-то промежуточное положение и опорная пята 4 давит на поверхность рабочего валка (на чертеже не показан) чистовой клети прокатного стана. При выдвижении штока 3 сильфон 8 сжимается по оси, при этом гофры сильфона заходят по мере сжатия в углубление 13 со стороны верхнего конца 10 и в углубление 14 со стороны нижнего конца 12 по заходным фаскам 18, 21 соответственно. Через зазор между поверхностями подвижного контакта штока 3 и крышки 11 корпуса 1 и зазоры в креплении конца 10 сильфона 8 посредством фасонного кольца 15 обеспечивается доступ воздуха из внешней среды в защищаемую полость 9. В рабочем положении, когда шток 3 выдвинут, во внешней среде он находится под воздействием постоянно льющейся воды для охлаждения листа (на чертеже не показан) и летящей с листа окалины, твердые частицы которой через зазор между поверхностями подвижного контакта штока 3 и крышки 11 попадают в штоковую полость 5. Сильфон 8 препятствует попаданию загрязнений в защищаемую полость 9 и надежно защищает поверхности подвижного контакта корпуса 1 цилиндра от вредных воздействий внешней среды. Таким образом, сохраняется внутренняя поверхность корпуса 1 цилиндра на более продолжительное время и при движении штока 3 вниз не происходит интенсивного износа уплотнения поршня 2 поверхностями корпуса 1. В крайнем верхнем положении, когда шток 3 полностью выдвинут, сильфон 8 находится в сжатом положении и полностью помещается в углублениях 13, 14, за счет чего уменьшены осевые габариты выступающей части штока 3. При замене рабочих валков и снятии клети (на чертеже не показаны) шток 3 вдвигается до упора в днище корпуса 1 гидравлического цилиндра под действием силы тяжести. При этом полностью исчезает препятствие в виде выступающих частей над поверхностью корпуса 1.

Таким образом, заявляемое изобретение в тяжелых условиях эксплуатации защищает от износа и коррозии рабочие поверхности полости гидравлического цилиндра и обеспечивает расширение технологических возможностей путем уменьшения осевых габаритов выступающей части штока до минимума. Изобретение может быть использовано преимущественно в гидравлических системах регулирования давления противоизгиба рабочих валков прокатного стана.